Qemu基础 - Timer和事件循环

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Qemu基础 - Timer和事件循环

A deep dive into QEMU: a Brief History of Time | QEMU internals (airbus-seclab.github.io)

QemuTimer

先来看看QemuTimer结构体

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expire_time字面意思是过期时间，实际是触发事件，这个值为-1就永远不会触发，

timer_list，是按类型划分的链表

cb是timer触发时的回调函数

timer_new

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Qemu中新建Timer用的Timer_new函数，ms是其包装，指定单位是毫秒

QEMUClockType有4种类型的时钟，最常用的是Clock_Vitual,反映的是纯纯的虚拟机上的时间，因为虚拟机运行在物理机上，而物理机上由于存在调度，所以物理机上的时间是大于虚拟机的

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TIMER_NEW_ms的第二个参数是回调函数，第三个参数是传给回调函数的参数

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接着深入创建一个Timer对象，timer_new会根据type选择对应的timer链表

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最终这里可以看到expire_time被初始化为-1，因为这里只是初始化一个timer，还没有设置什么时候触发

timer_mod

要想开启TImer，需要用timer_mod函数设置expire_time

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Timer-mod的原型

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关于Timerlist的初始化在后面，这里只需要知道，timer_list的active_timers挂着所有的活跃的定时器

并且Active_timers里面的元素是按时间顺序排列的，最先到期的元素排在最前面

根据这个知识，我们再来看timer_mod_ns_lockedimage-20220419174640764

For循环就是寻找timer的插入位置，timer-expired_ns时expired timer比较，当前遍历到的定时器的expiredtimer 大于要插入的定时器的expired-time时就返回false，导致break出for循环

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timer_mod_ns_locked最后返回会判断active_timers的第一个timer是否改变，如果改变就返回false，标志active_timers列表中最近的到期时间被更新了

总结一下，timer_new的时候定时器根本就没放到active_timers列表，到timer_mod时才上列表，所以只有timer_mod设置之后才会触发

Timer_del

Timer_del_locked是把时钟从队列中删除

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时钟列表初始化

在qemu_init_main_loop里调用init-clocks

qemu_init_main_loop int ( Er ror int ret; GSource •src; *local error Er ror init _ clocks(); ret = if (ret) { return ret; = NULL;

初始化时钟

. init clocks void (void) QEMUC10CkType type; for (type = type < #ifdef #endif type++) {

MAX就是4，对应4个类型的时钟

. qemu_clock_init • static void (QEMUC10ckType gypg) QEMUC10ck •clock = Assert that the clock of type TYPE has not been initialized yet. tl[type] NULL); clock->type = type; clock->enabled = (type clock-nast — - INT64_MIN; QLIST_INIT >timerlists); notifier_li st_init ) ; tl[type] = ? false true); NULL, NULL);

由于虚拟机还没启动，所以VIRTUAL类型是禁用的

根据时钟type新建一个timerlist插入到main_loop_tlg.tl里面

QEMUTimerList • imerlist ne (QEMUC10ckType QEbIUTimerListN0tifyC3 void * opaque ) QEMlJTimerList QEMuC10Ck *clock = timer_list = true) ; timer list->clock clock; cb; opaque; qemu_mutex_init ('timer_l ist - >acti ve_timer s_lock) ; timer_list, return timer list; list);

TimerList结构如下

A QEMUTimerList is a list of timers attached to a clock. More than one 9EMUTimerList can be attached to each clock, for instance used by different AioContexts / threads. Each clock also has a list of the QEMUTimerLists associated with it, in order that reenabling the clock can call all the notifiers. Struct QEMUC10ck •clock; QemuMutex active_timers_lock; QEMUTimer •active_timers; list; QEMUTimerListNotifyC3 void *notify_opaque; lightweight method to mark the end of timer-list's running QemuEvent timers_done_ev;

Timerlist也有对应的回调函数和回调参数，这里也把timer_list插入到了clock的timerlist里面

所有定时器列表不仅可以从main-loop_Tlg里面找，也可以从clock里面找

获取时钟时间

获取时钟上的时间用的是qemu-clock-get-ns

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realtime就是开机后的时间，调用物理机的函数获得的

static #ifdef if #endif *end if get _ clock inline int64 t (void) CLOCK MONOTONIC (use_rt_cLock) { struct timespec ts; return ts.tv sec * laeeaeeaeeLL + ts.tv nsec; else XXX: using gettimeofday leads to problems if the date changes, so it should be avoided. s/ return get_clock_realtime();

Virtual就是从vcpu处获得时间，除以进率就行

static inline int64_t return qemu_clock_get_ns(type) / SCALE mS(QEMUC10CkType gype) us ;

Qemu事件循环机制

qemu的事件循环是基于glib的，然后qemu利用g_source_attach添加了一个新的事件源AioContext

glib使用一个GMainLoop表示一个事件循环。每个GMainLoop都有一个主上下文GMainContext

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g_main_loop_new创建一个GMainLoop对象

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GMainLoop *
g_main_loop_new (GMainContext *context,
		 gboolean      is_running)
{
  GMainLoop *loop;

  if (!context)
    context = g_main_context_default();
  
  g_main_context_ref (context);

  loop = g_new0 (GMainLoop, 1);
  loop->context = context;
  loop->is_running = is_running != FALSE;
  loop->ref_count = 1;

  TRACE (GLIB_MAIN_LOOP_NEW (loop, context));

  return loop;
}

如果不提供context，就会用默认的context，同时增加对context的引用

g_new0就是封装的malloc

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然后重点关注下loop run

这里的while是loop的主循环，其以is_running为循环条件，所以quit就是把其设置成false

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Main_loop总共分为四个步骤prepare query check dispatch

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glib的事件循环核心是poll，poll涉及到IO模式，poll相关知识可以看下文

Linux IO模式及 select、poll、epoll详解 - SegmentFault 思否

在linux中，默认情况下所有的socket都是blocking的，当用户进程调用了recvfrom之后，kernel就开始了IO的第一个阶段

准备数据，即等待数据到来，等到数据到达之后(拷贝到内核的缓冲区中)，再进入第二阶段

内核将数据再拷贝到用户进程中，此时readfrom才会返回

这种默认的socket IO模式就是阻塞模式，进程在调用recv之后就会卡住等待数据返回

socket还可以被设置成非阻塞模式，这样recv之后如果数据还没准备好，就会直接返回error

因此用户进程需要不断地轮询

IO多路复用，select和epoll，是指单个process可以同时处理多个网络连接的IO，原理是select poll epoll这个function会不断的轮询所负责的所有的socket，当某个socket有数据到达了，就通知用户进程

当用户进程调用了select，那么整个进程会被block，而同时，kernel会“监视”所有select负责的socket，当任何一个socket中的数据准备好了，select就会返回。这个时候用户进程再调用read操作，将数据从kernel拷贝到用户进程。

这里非阻塞socket一样是同步IO，随着其准备数据阶段完成之后，还需要拷贝数据到用户空间，这一切仍然是要等待的

异步IO是指，调用完recv的那一刻之后，进程就不再管了，

poll的标准代码看这篇博客

IO多路复用之poll总结 - Rabbit_Dale - 博客园 (cnblogs.com)

再回头看loop的四个阶段，核心就是poll

Prepare 阶段：通过调用事件对应的prepare回调函数，做一些准备工作，如果事件已经准备好进行监听了，就返回True

Query 是获得实际需要调用的文件fd

check是 当query获得了需要监听的fd之后，就会调用poll对fd进行监听，当poll返回时，结果会传递给主循环

dispatch时通过g_main_context_check将poll的结果传递给主循环

分析一个echo例子

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g_main_loop_new新建一个事件循环

定义一下echo 事件源的相关回调函数

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g_source_new是新建事件源，关键在于g_source_add_poll是把这个事件源对应的fd跟事件源挂钩，

Set_callback 是给source挂钩上callback函数

事件源只是glib做的一个包装，其本体还是fd，GSource结构如下

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g_source_attach把事件源挂钩到context上，context是事件循环的上下文，挂到context里，才能在循环中检测事件源

而对事件源的检测实际就是将其fd加到poll里,分析下着这个例子中loop经过的四个阶段

prepare不需要做什么

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check是在query之后了，此时已经poll完了

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dispatch调用回调函数

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echo函数就是从channel中读出信息然后打印出来

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QemuBH

bh是下半部

bh给qemu内部其他模块提供一个异步延迟调用的功能，类似于Windows上的APC？

其结构体如下

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struct QEMUBH {
    AioContext *ctx;	// 下半部所在的context
    QEMUBHFunc *cb;		// 下半部要执行的函数
    void *opaque;		// 函数参数
    QEMUBH *next;		// 下一个要执行的下半部
    bool scheduled;		// 使能bh，是否被调度，true:下一次dispatch会触发cb； false:下一次dispatch不会触发cb
    bool idle; 
    bool deleted;		// 标记是否将bh删除
};

这里是老版本的QEMUBH，新建bh需要三个参数，挂到哪个context上，bh回调函数以及参数opaque

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bh被挂载到context之后并不会立即执行，只有当事件循环的poll中有fd准备好后才会触发到bh，

由于fd一直没准备好，bh就会被一直卡着不执行，所以qemu留了对bh的调度接口，用于通知事件循环调度bh,这个主动调度接口是用event_notifier,,将EventNotifier中的rfd设置为事件循环要监听的fd，然后主动通知只要向EventNotiifer中的rfd写入内容，事件循环的poll就会有响应了，然后就能触发bh

delete是既设置schedule为0，让其不被调度，又设置delete为1，让下次dispatch时把他删了

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禁用bh就是设置

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Refs

(24条消息) qemu2 时钟系统分析_TangGeeA的博客-CSDN博客_qemu timer

Linux IO模式及 select、poll、epoll详解 - SegmentFault 思否

IO多路复用之poll总结 - Rabbit_Dale - 博客园 (cnblogs.com)

Stefan Hajnoczi: QEMU Internals: Overall architecture and threading model (vmsplice.net)

(24条消息) 深入理解qemu事件循环 —— 基本框架_享乐主的博客-CSDN博客_qemu事件循环机制

(24条消息) 深入理解qemu事件循环 ——下半部（bottom half）_享乐主的博客-CSDN博客